Асинхронный счетчик

Что такое счетчик?

Счетчик - это устройство, которое может подсчитывать любое конкретное событие на основе того, сколько раз произошло конкретное событие (я). В цифровой логической системе или компьютерах этот счетчик может подсчитывать и сохранять количество раз, когда произошло какое-либо конкретное событие или процесс, в зависимости от тактового сигнала. Наиболее распространенным типом счетчика является последовательная цифровая логическая схема с одним тактовым входом и несколькими выходами. Выходы представляют собой десятичные числа в двоичной или двоичной кодировке. Каждый тактовый импульс увеличивает или уменьшает число.

Что такое асинхронный?

Асинхронный означает отсутствие синхронизации. То, что не существует или не происходит одновременно. В вычислительном или телекоммуникационном потоке асинхронный означает управление синхронизацией операции, отправляя импульс только после завершения предыдущей операции, а не отправляя его через равные промежутки времени.

Асинхронный счетчик

Теперь мы поняли, что такое счетчик и что означает слово « асинхронный» . Асинхронный счетчик может рассчитывать, используя вход асинхронных часов. Счетчики легко сделать с помощью шлепанцев. Поскольку счет зависит от тактового сигнала, в случае асинхронного счетчика биты изменения состояния предоставляются в качестве тактового сигнала для последующих триггеров. Эти триггеры последовательно соединены вместе, и тактовый импульс проходит через счетчик. Из-за пульсации пульсаций его часто называют счетчиком пульсаций. Асинхронный счетчик может подсчитать 2 ⁿ - 1 возможных состояний счета.

Асинхронный усеченный счетчик и счетчик декады

Поскольку существует максимальное количество выходов для асинхронных счетчиков, таких как MOD-16, с разрешением 4 бита, есть также возможность использовать базовый асинхронный счетчик в конфигурации, в которой состояние счета будет меньше, чем их максимальное количество выходов. Счетчики Modulo или MOD являются одним из таких типов счетчиков. Конфигурация выполнена таким образом, что счетчик сбрасывается на ноль при предварительно заданном значении и имеет усеченные последовательности.

Таким образом, если счетчик с определенным количеством разрешений (n-битное разрешение) до подсчета вызывается как счетчик полной последовательности, а с другой стороны, если он меньше максимального числа, вызывается как усеченный счетчик.

Чтобы получить преимущество асинхронных входов в триггере, можно использовать асинхронный усеченный счетчик с комбинационной логикой.

Асинхронный счетчик по модулю 16 может быть модифицирован с помощью дополнительных логических элементов и может использоваться таким образом, что выход будет давать десятичный (деленный на 10) выход счетчика, который полезен при подсчете стандартных десятичных чисел или в арифметических схемах. Этот тип счетчиков называется счетчиками декады.

Десятилетние счетчики требуют сброса на ноль, когда выход достигает десятичного значения 10.

Если мы посчитаем 0-9 (10 шагов), двоичное число будет -

Количество Количество	Двоичное число	Десятичное значение
0	0000	0
1	0001	1
2	0010	2
3	0011	3
4	0100	4
5	0101	5
6	0110	6
7	0111	7
8	1000	8
9	1001	9

Итак, когда выход достигает 1001 (BCD = 9), счетчик необходимо сбросить. Чтобы сбросить счетчик, нам нужно передать это условие обратно на вход сброса. Счетчик, который считает от 0000 (BCD = 0) до 1001 (BCD = 9), называется счетчиком BCD или десятичным двоичным кодом.

Временная диаграмма асинхронного счетчика декады и его таблица истинности

На изображении выше показан базовый асинхронный счетчик, используемый в качестве конфигурации декадного счетчика с использованием 4 триггеров JK и одного логического элемента NAND 74LS10D. Асинхронный счетчик ведет вверх счет за каждый тактовый импульс, начиная с 0000 (BCD = 0) до 1001 (BCD = 9). Каждый выход JK-триггера обеспечивает двоичную цифру, а двоичный выход подается в следующий последующий триггер в качестве входа тактового сигнала. В конечном выходе 1001, который равен 9 в десятичном виде, выход D, который является старшим битом, и выход A, который является младшим битом, оба находятся в логической 1. Эти два выхода подключены к входу 74LS10D. При получении следующего тактового импульса выход 74LS10D меняет состояние с высокого логического уровня или 1 на низкий логический уровень или 0.

В такой ситуации, когда 74LS10D изменяет выход, триггеры 74LS73 JK будут сброшены, поскольку выход логического элемента И-НЕ подключен к входу 74LS73 CLEAR. Когда триггеры сбрасываются, все выходы из D в A становятся 0000, а выход логического элемента И-НЕ сбрасывается обратно в логику 1. При такой конфигурации верхняя схема, показанная на изображении, стала модулем-10 или десятичным счетчиком.

Таблица истинности счетчика Десятилетия показана в следующей таблице:

Тактовый импульс	Десятичное значение	Выход - D	Выход - C	Выход - B	Выход - A
1	0	0	0	0	0
2	1	0	0	0	1
3	2	0	0	1	0
4	3	0	0	1	1
5	4	0	1	0	0
6	5	0	1	0	1
7	6	0	1	1	0
8	7	0	1	1	1
9	8	1	0	0	0
10	9	1	0	0	1
11	0	0	0	0	0

На изображении ниже показана временная диаграмма и состояние 4 выходов тактового сигнала. Импульс сброса также показан на схеме.

Создание асинхронного счетчика, пример и удобство использования

Мы можем изменить цикл подсчета для асинхронного счетчика, используя метод, который используется при усечении вывода счетчика. Для других циклов счета мы можем изменить входное соединение через вентиль NAND или добавить другую конфигурацию логических вентилей.

Как мы обсуждали ранее, максимальный модуль, который может быть реализован с n числом триггеров, равен 2 ⁿ. Для этого, если мы хотим разработать усеченный асинхронный счетчик, мы должны найти наименьшую степень двойки, которая либо больше, либо равна нашему желаемому модулю.

Например, если мы хотим сосчитать от 0 до 56 или по модулю - 57 и повторить от 0, максимальное количество требуемых триггеров будет n = 6, что даст максимальный модуль 64. Если мы выберем меньшее количество триггеров, модуля будет недостаточно для подсчета чисел от 0 до 56. Если мы выберем n = 5, максимальный MOD будет = 32, что недостаточно для подсчета.

Мы можем каскадировать два или более 4-битных счетчика пульсаций и настроить каждого индивидуально как « разделенные на 16» или « разделенные на 8» образования, чтобы получить MOD-128 или более указанного счетчика.

В сегменте 74LS микросхема 7493 может быть настроена таким образом, например, если мы настроим 7493 как счетчик « делить на 16 » и каскадируем другие наборы микросхем 7493 как счетчик « делить на 8 », мы получим частоту « делить на 128». разделитель.

Другие микросхемы, такие как 74LS90, предлагают программируемый счетчик пульсаций или делитель, который можно настроить как деление на 2, деление на 3 или деление на 5, а также другие комбинации.

С другой стороны, 74LS390 - еще один гибкий выбор, который можно использовать для большого деления на число от 2 до 50,100, а также для других комбинаций.

Делители частоты

Одно из лучших применений асинхронного счетчика - использовать его в качестве делителя частоты. Мы можем снизить высокую тактовую частоту до приемлемого стабильного значения, намного меньшего, чем фактическая высокочастотная частота. Это очень полезно в случае цифровой электроники, приложений, связанных с синхронизацией, цифровых часов, генераторов источников прерываний.

Предположим, мы используем классическую микросхему таймера NE555, которая представляет собой моностабильный / нестабильный мультивибратор, работающий на частоте 260 килогерц, и стабильность составляет +/- 2%. Мы можем легко добавить 18-битный счетчик пульсаций « Деленный на 2» и получить стабильный выходной сигнал с частотой 1 Гц, который можно использовать для генерации 1-секундной задержки или 1-секундного импульса, что полезно для цифровых часов.

Это простая схема для получения стабильной частоты или синхронизации от нестабильного источника путем деления частоты с помощью счетчика пульсаций. Более точные кварцевые генераторы могут производить точные высокие частоты, отличные от генераторов сигналов.

Преимущества и недостатки асинхронного счетчика

Асинхронные счетчики могут быть легко построены с помощью триггеров типа D. Они могут быть реализованы с использованием схемы счетчика « деление на n », которая предлагает гораздо большую гибкость в приложениях, связанных с большим диапазоном счета, а усеченный счетчик может производить любое число модулей.

Но, несмотря на эти функции, асинхронный счетчик имеет некоторые ограничения и недостатки.

При использовании асинхронного счетчика для ресинхронизации триггеров потребовались дополнительные повторно синхронизирующие выходные триггеры. Кроме того, для счетчика усеченной последовательности, когда он не равен, необходима дополнительная логика обратной связи.

При подсчете большого количества битов из-за цепной системы задержка распространения по последовательным ступеням становится слишком большой, от чего очень трудно избавиться. В такой ситуации синхронные счетчики работают быстрее и надежнее. Также существуют ошибки подсчета в асинхронном счетчике, когда к нему применяются высокие тактовые частоты.